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绘本故事:收起来(优) 编号18060

网络的体系结构无线传感器网络的特点无线传感器网络的应用无线传感器网络的关键性问题节点能耗路由和网络控制网络安全问题物理层协议定位技术概述概述多跳技术概述本章小结第三章节能协作技术节能协作传输方案能耗分析节点能耗分析传输方案总能耗分析协作方案与非协作方案的比较传输方案与非协作传输方案的比较传输方案与非协作传输方案的比较传输方案与非协作传输方案的比较本章小结第四章协议算法研究与改进协议算法研究簇形成阶段稳定的数据传输阶段传统协议存在的问题基于最小生成树的方案改进算法简介本章改进思想改进流程改进方案仿真分析本章小结第五章协作通信方案万方数据方案模型方案工作分析簇头节点的产生协作节点的选择数据传输协作节点个数选择方案协作节点个数对网络传输可靠性的影响可靠性要求下协作节点个数对网络总能耗的影响仿真验证方案能耗研究方案仿真分析本章小结第六章总结与展望总结展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文专用术语注释表专用术语注释表缩略词说明缩略词英文全称中译文无线传感器网络多输入多输出美国电气与电子工程师协会很多限制。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章无线传感器网络概述及相关节能技术网络安全问题无线传感器网络中存在的网络安全问题与点对点通信网络中存在的网络安全问题有所不同,原有的网络安全机制并不完全适用于无线传感器网络。因此,对无线传感器网络的安全问题进行研究是很有必要的。从网络路由安全上看,应当加强路由协议的安全性,旦路由协议漏洞被利用导致节点发送的信息被修改,则会导致整个无线传感器网络的安全性遭到破坏。完善的路由协议应确保网络所传输数据具有完整性,加入网络的节点经过认证,即接收信息的节点只能接收到簇头节点或节点发送给自己的数据,并能够验证所接收消息的完整性以认证发送者的身份,完善的无线传感器网络还应具有防止信息被窃取的功能,防止信息被窃取般是由路由协议实现的。物理层协议近年来,无线传感器网络受到的关注越来越多,其关键性问题的研究也不断取得突破性的进展,无线传感器网络节点技术也随之发展。在无线传感器网络中应用的节点与在普通网络中应用的节点不同,无线传感器网络对节点无线通信的带宽要求不高,但是对传输过程中的网络延时与能耗有较高的要求,网络节点通过新型电池及大规模电池组的应用可以延长无线传感器网络节点的寿命。无线传感器网络由于传输信息较少,对传输带宽的要求不高,同时传输时延不能过大。蓝牙技术在这些方面有很大的发展空间,但目前的蓝牙技术并不是种完全符合传感器使用的应用标准,因为很难将其应用到对能耗性能要求较高的网络中。目前对点对点网络的研究常常采用标准,但是这种协议在处理网络中的多跳传输时存在些问题。由于存在的问题会影响无线传感器网络的应用,为了解决这些问题,授权并制定了标准。该标准的工作波段分为,和三档,数据速率分为,和三档。定位技术无线传感器网络中的定位功能与实现算法包括对无线传感器网络节点本身的定位及通过节点实现对外部监测目标的定位。如果网络所监测的区域是已知的,而节点的布置本身也是按照定的规则进行分布,则可认为节点的位置是已知的。在节点位置未知的情况下,则可万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章无线传感器网络概述及相关节能技术以通过为节点加装卫星定位模块实现以定位技术或北斗卫星定位技术对无线传感器网络节点进行定位。在配备北斗定位系统的情况下,无线传感器网络中部分特殊节点配置相应的北斗定位模块即能精确定位这些节点的地理位置,网络中其它普通节点可以以这些节点为基准,通过声光等定位方式进行定位,以此来确定全部网络的节点位置,而北斗定位系统同时具有数据通信功能,这时配置北斗定位模块的节点可以作为节点将数据通过卫星传送给收集终端。概述低能耗自适应聚簇分层型协议来源于,和三人在年上的篇文章。协议是种代表性的路由协议,这种协议在无线传感器网络传输信息的过程中,给节点进行分簇,不同的节点收集到信息后发送给簇头节点,簇头节点在收集到信息后可以对数据进行融合,以减少簇头节点发送给基站的信息量,传送信息量的减少必然会使得通信中的能耗相应的减少,从而减少了无线传感器网络中节点的能量消耗。协议作为最早的无线传感器网络分层路由协议,运作原理是无线传感器网络节点基于其接收到的信号强度形成通信小组即“簇”,由小组中的特殊节点作为“簇头节点”实现与基站即节点的通信。“簇头节点”通过定的机制随机产生,并由组内普通节点轮流担任,以此使得无线传感器网络中各个节点的能量消耗尽量得到均衡。传统的协议具有以下个主要特点采用分层结构,信息传输路径清晰,对节点的功能配置要求不高。簇头节点选取具有随机性,所有节点具有均等机会。的发送接收模型如图所示图发送接收模型该模型基于点假设网络中所有节点的无线电信号不具有方向性,即不同方向所消耗的能量是相同的。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章无线传感器网络概述及相关节能技术由于覆盖区域多在人力无法到达的地方,基站需要设置在人力可以到达的地方,故基站般设置的远离无线传感器网络监测区域。无线电传输信道具有对称性,即信号从节点传输到节点所消耗的能量与信号从节点传输到节点所消耗的能量是相等的。根据文献可知,在传统的协议中,无线传感器网络节点每发送比特信息的能量消耗分为两部分部分是发送端发射信号时电路所消耗的能量,另部分是信号放大电路消耗的能量,如式所示,接收电路每接收比特数据所消耗的能量如式所示。式中是信号放大器的放大倍数,而分别是指发送电路和接收电路传输比特信息电路消耗的能量,般情况下这两者是相等的。是指传输距离,当直线距离很远的两个无线传感器网络节点进行通信时通常的取值为,。当直线距离较近的两个无线传感器网络节点进行通信时通常的取值为,。为传输距离的阈值,这个阈值的值通常为。概述技术在很早以前就有人开始研究,二十世纪初期,马可尼提出可以利用技术来对抗通信中存在的衰落情况。世纪年代实验室的研究人员完善了技术并将其成功地应用到无线通信系统中。文献中作者推导出在信道衰落的情况下能达到的容量。于世纪末提出了,对角算法,这种算法应用于中可提升技术的相关性能。等人起研究了可以用于技术的空时码。世纪末等人采用,垂直算法建立了个系统,这个系统可使频谱利用率达到普通系统无法实现的。相关工作的研究在全世界学术界内引起了轰动,越来越多的学者加入到系统的研究中来。在传统的无线通信理论中,由于系统存在多径效应,无线信号在传播过程中会产生衰落,万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章无线传感器网络概述及相关节能技术所以多径效应被看成种不利因素。然而对于通信系统来说,因为在发送端与接收端同时采用多天线收发数据,只要不同天线之间的单元间距足够大,不同时间到达的信号均可被系统接收到,所以多径效应反而成了个有利因素。对于个具有个发射天线和个接收天线的系统来说,它的发射信号经过空时编码后映射成不同的个信息符号,利用多个发射天线以相同的频率同时发送出去。在接收端,这些并行信息符号按照不同的路径到达接收机,由多个接收天线同时接收,并进行相应的解调译码和空时处理等过程,以恢复原始数据。系统的框图如图所示图系统模型假设用表示发射天线数,用表示接收天线数,则系统的数学模型可以表示为式上面式子中表示系统接收的矢量,表示信道矩阵,表示系统发送的矢量信号,代表零均值高斯白噪声矢量。式可以改写成以下的形式,其中和分别为矩阵的第和列,和分别表示第根和第根发射天线上所要发送的符号,并且,是星座的集合。由于系统的容量也是考察个通信系统的重要指标之,对于的系统,在计算系统容量的时候万方数据单位代码密级公开硕士学位论文论文题目无线传感器网络长距离传输的能量效率研究陈宇单剑锋电路与系统智能信息处理工学硕士二〇四年二月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实,愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要无线传感器网络由于其工作环境较为复杂,组成节点数量较多,单个节点体积较小,节点电池的更换较为困难。如何减少无线传感器网络中各个节点的能量消耗,延长无线传感器网络的生命周期是当下无线传感器网络研究的重点。本文对无线传感器网络的发展历程,体系结构及特点进行了深入的探究。针对如何降低无线传感器网络能量消耗,延长无线传感器网络生命周期,本文做了以下研究分析比较无线传感器网络中不同传输方案的能量消耗,推导出不同方案的能量消耗计算公式。针对传统的传输方案在长距离传输中能量消耗过大的问题,重点研究了节能协作技术。仿真结果表明,节能协作传输方案在长距离传输中较传统的传输方案耗能更少。研究并分析了传统的路由协议,针对传统协议存在的距离基站较远簇的簇头节点能量消耗过大的情况,提出了改进算法,引入多跳传输并通过算法生成最小路径,同时减少近距离节点成为簇头节点的机会,减少了距离基站较远簇的簇头节点的能量消耗,延长了无线传感器网络的生命周期,平衡了整个网络的能量消耗。在无线传感网络传输过程中引入技术,提出方案。该方案设置协作节点,并给出协作节点个数选择方案,推导出了能耗公式。在簇向基站传输信息时采用传输,降低了传输节点放大电路的能量消

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